СНИЖЕНИЕ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ ВЕНТИЛЯТОРОВ С ЧАСТОТНО- РЕГУЛИРУЕМЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ
Н.М. АРИПОВ, Ш.Ю. УСМОНОВ Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта, г.Ташкент Ферганский политехнический институт, г.Фергана The problems of reducing the power consumption offans with variable frequency drives In the production of fertilizer.
Наиболее высоким потенциалом энергосбережения ввиду продолжительного режима работы и массового применения обладают производственные механизмы и агрегаты, работающие в продолжительном режиме с изменяющейся производительностью. Они используются практически во всех отраслях промышленного и сельскохозяйственного производства, в коммунальных предприятиях. К ним относятся вентиляторы грануляции и градирен в производстве минеральных удобрений. Вентиляторы данных технологических установок, использующие дроссельный способ регулирования, обладают возможностью снижения потребляемой мощности и энергии при переходе на частотное управление [1] .
В качестве примера рассмотрим вентиляционную установку грануляционной башни цеха производства карбамида. Установка состоит из 6 вентиляторов (5 в работе, 1 в резерве) с двигателями мощностью 55 кВт. Основной технологический параметр - скорость воздушного потока, способ регулирования - дроссельный, с помощью шиберов.
На первом этапе эксперимента измерены следующие технологические и электрические параметры режима дроссельного регулирования производительности вентилятора, при котором приводной двигатель получал питание непосредственно из сети. К ним относятся: степень открытия шибера — 35 %, скорость воздушного потока - 12,2 м/с, мощность, потребляемая из сети — 42,3 кВт, ток двигателя — 94,4 А.
На втором этапе эксперимента выполнены исследования вентилятора при работе с энергосберегающим частотно-регулируемым асинхронным электроприводом [2]. Для регулируемого привода вентилятора при полностью открытом шибере проведены измерения скорости воздушного потока и потребляемой мощности в функции частоты питающего двигатель напряжения. Результаты измерений представлены в табл. 1.
Интерполяция результатов измерений, подтвержденная экспериментально, показала, что требуемая скорость воздушного потока, равная 12,2 м/с — такая же, как и при дроссельном регулировании производительности, достигается при частоте 34,5 Гц. В этом режиме потребляемая мощность привода составила 21,3 кВт, в то время как при дроссельном регулировании потребляемая мощность равнялась 42,3 кВт. Благодаря частотному регулированию производительности вентилятора мощность, потребляемая двигателем из сети, снижается на 21,0 кВт (49,8%).
На предприятиях по производству минеральных удобрений широко используются градирни для снижения температуры охлаждающей воды. В них ниспадающий поток воды охлаждается потоком воздуха, создаваемым вентилятором. Требуемая скорость потока воздуха и производительность вентилятора зависят от температуры воздуха и поэтому существенно меняются в течение года и даже суток. Как правило, вентиляторы градирни оснащены низкооборотными (тихоходными) приводными двигателями. Такие двигатели обладают низким коэффициентом мощности и, вследствие этого, являются потребителями преимущественно реактивной мощности, загружая питающую сеть реактивным током и поэтому заставляют производить затраты на компенсирующие устройства. При переходе на частотное управление отпадает необходимость в компенсирующих устройствах и появляется возможность сезонного регулирования производительности вентиляторов градирни.
Например, тихоходный двигатель мощностью Рн = 37,0 кВт привода вентилятора градирни (синхронная скорость вращения 250 об/мин) при коэффициентах мощности соэф = 0,65 и полезного действия п = 0,883 в номинальном режиме работы потребляет из сети полную мощность, равную S = 64,425 кВА, в том числе активную мощность Р = 41,88 кВт и реактивную мощность Q = 48,96 кВар. Этим мощностям соответствуют номинальные величины токов: статора 1н = 98,0 А, его активной составляющей 63,7 А и реактивной (намагничивающей) составляющей нр = 74,5 А.
На рис. 1 показаны экспериментально снятые зависимости изменения тока, потребляемого из сети /вх, тока I и мощности Р двигателя привода градирни в функции частоты при питании его от энергосберегающего электропривода с частотами от 10 до 50 Гц.
Отметим существенно меньшую величину тока, потребляемого преобразователем частоты (ПЧ) из сети, относительно величины тока при той же частоте, протекающего от ПЧ к двигателю. Данное различие обусловлено тем, что из сети потребляется только активная составляющая тока, а от ПЧ к двигателю поступает полный ток, содержащий как намагничивающую, так и активную составляющие.
Рассмотрим варианты решения различной сезонной загрузки вентиляторов градирни. При питании двигателей градирни непосредственно от сети возможно только ступенчатое управление производительностью градирни путем изменения количества одновременно работающих вентиляторов. Если блок градирни состоит из 4 вентиляторов, то это изменение может происходить в пределах от 1 до 4.
Например, анализ зимней загрузки двигателей градирни цеха по производству карбамида позволил установить следующее: потребляемая из сети мощность одним двигателем составляет Р = 70,0...75,0 кВт (номинальная мощность двигателя Рн = 75,0 кВт), токи находятся в пределах I = 187,0.191,0 А (при номинальном значении 1н = 191,0 А). Два вентилятора, работающие с номинальной скоростью вращения, дают избыточное охлаждение воды, а один вентилятор — недостаточное охлаждение.
При проведении эксперимента с преобразователем частоты на одном из двух работающих двигателей градирни требуемый охлаждающий эффект был получен при работе двигателя с частотой f= 40 Гц, при которой привод потреблял из сети P = 38,0 кВт вместо Рс = 72,0 кВт, т.е. снижение потребляемой мощности в зимнем режиме составило 34,0 кВт. В летний период при высоких температурах воздуха должны работать все четыре вентилятора. Так как наибольший эффект от перехода на частотное управление достигается в зимний период, а в весенний и осенний периоды - лишь частичный эффект, срок окупаемости затрат на приобретение преобразователя частоты для вентиляторов градирни находится на уровне полутора лет. Существует еще одна проблема, связанная с эксплуатацией двигателей градирни, которые работают в условиях 100 % влажности. Установлено, что в зимний период нарушается изоляция отключенных от сети двигателей. Применение преобразователя заниженной мощности позволяет снять эту проблему. Для указанных выше двигателей достаточно установить преобразователя частоты со сравнительно небольшой номинальной мощностью (15,0 кВт), определяемой фактической величиной тока двигателя при частоте 10 Гц, для работы двигателя в зимний период на пониженной скорости при протекании по его обмоткам тока, величина которого достаточна для предотвращения проникновения влаги в них. В летний период двигатель питается непосредственно от сети. При таком подходе срок окупаемости инвестиций на приобретение преобразователя для сезонной работы - один зимний период. Использование преобразователя частоты позволит также осуществлять реверс привода вентилятора, периодически необходимый для устранения обледенения лопастей вентилятора в зимний период.